一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由方法技术

本发明专利技术公开的一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由方法，包括以下步骤：步骤1，基于分布式的无线传感网络，建立无线传播模型；步骤2，建立自私节点检测模型；步骤3，基于自私节点检测结果，设定F为信誉值，推算最终的综合信誉值；步骤4，基于综合信誉值并对其进行评估，进行节点的分类惩罚，促使节点能够积极加入到无线传感网络中，与其他节点进行合作。本发明专利技术的路由协议方法通过采用了SND模型检测节点的转发，对节点进行评估；并采用分类惩罚措施，促使节点能够积极加入到网络中去。通过对节点的不断检测和激励，能够使网络通信更加畅通。

A routing protocol algorithm based on vehicle node detection and penalty mechanism

The invention discloses a routing protocol algorithm based on vehicle node detection and punishment mechanism, which comprises the following steps: step 1, establishing a wireless propagation model based on a distributed wireless sensor network; step 2, establishing a selfish node detection model; step 3, setting F as a reputation value based on the results of selfish node detection, and calculating. The final comprehensive reputation value; Step 4, based on the comprehensive reputation value and its evaluation, classified punishment is carried out to encourage the node to actively join the wireless sensor network, and cooperate with other nodes. The routing protocol algorithm of the invention detects the forwarding of nodes by adopting SND model, evaluates nodes, and adopts classified penalty measures to encourage nodes to actively join the network. Through continuous detection and stimulation of nodes, network communication can be more smooth.

【技术实现步骤摘要】
一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法
本专利技术属于车辆节点通信与控制路由方法
，具体涉及一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法。
技术介绍
社会经济的迅速发展使人们的生活水平不断提高，在城市交通领域，由于近几年车辆数量的大量增加，造成交通安全事故不断上升，为有效减少交通安全事故，保证人们安全出行，近几年兴起的以安全应用为主旨的车载自组织网络受到了各界人士的重点关注。车载自组织网络中的各个节点既不属于相同的个人，也不属于相同的组织，每个节点会尽可能节省自身资源，并尽可能使用外界资源，即体现为自私性。车联网中车辆相互之间的协作问题至关重要，影响到整个的网络性能。由于Adhoc网络的合作需要通过节点来完成，故而网络性能的好坏很大程度取决于节点的行为，而通常节点可分为两种：一种是正常节点，具有较好的合作性，愿意无私地转发数据；另一种是存在问题的不正常节点，往往会对网络性能造成一定的负面影响。在Adhoc网络中检测自私节点的方案可以分为基于信誉的机制和基于支付的机制两大类。基于信誉的机制是通过节点间的监听来判断邻居节点行为是否自私的方法，现有技术提出了Watchdog和Pathrater模型。Watchdog的作用主要用于检测节点是否存在不良行为，Watchdog通过侦听下一条节点是否将数据包转发出去，以此确定行为异常的节点。在之后的信誉机制设计中，普遍采用了该算法的思路，该机制检测自私节点的误检率较高，不能准确区分失效节点和自私节点。CONFIDANT机制是按需路由协议的扩展，其目的是为了检测并孤立那些有不良行为的问题节点，通过这样来达到节点间的合作，此机制下每个节点都拥有四个模块：检测器、信任管理、声誉系统及路径管理，这四个模块共同完成路由信息的提供和处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法，解决了现有模型中自私节点的误检率较高，且节点间的合作性差的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法，包括以下步骤：步骤1，基于分布式的无线传感网络，建立无线传播模型，具体为公式(1)：公式(1)中，Pr(A→B)为节点B接收到节点A信号的强度，G为与节点无线收发器及工作频段相关的常数，Pt为节点A的发射功率，d为节点A与节点B之间的距离，λ是与传播环境相关的常数；只有当节点接收的信噪比γ大于某个值时，节点才能正确接收到消息，节点A接收节点B发送的消息时，其信噪比γ(B→A)可表示为公式(2)，公式(2)中，N0为环境噪声；步骤2，建立自私节点检测模型；统计网络中所有节点在接收数据过程中每个临近节点的信号强度，同时基于步骤1的无线传播模型，根据公式(1)-(2)计算处节点B接收节点A的信噪比γ(A→B)以及信噪比γ(B→C)、信噪比γ(B→G)、信噪比γ(B→A)；在非对称链路假设下γ(B→A)≠γ(A→B)，在γ(B→A)≥γ(B→C)的情况下，节点A通过侦听节点B转发数据的方法进行自私节点的检测；在γ(B→A)＜γ(B→C)情况下，节点A在临近节点中寻找满足条件γ(B→G)≥γ(B→C)的节点G作为监测节点，进行判断和检测自私节点；步骤3，基于步骤2的自私节点检测结果，设定F为信誉度，根据节点初始信誉度f、中间节点帮助转发消息后信誉度Faward、自私节点信誉度Fpunish，进行信誉度的评估，得到最终的综合信誉值；步骤4，基于步骤3的综合信誉值并对其进行评估，进行节点的分类惩罚，促使节点能够积极加入到无线传感网络中，与其他节点进行合作。本专利技术的特征还在于，步骤2的具体步骤为：步骤2.1，接收节点C将自身得到的B→C构造网络层数据包MSINR向检测发起节点A发送；步骤2.2，当节点A接收到步骤2.1中的MSINR信息，得到γ(B→C)，进行以下计算：Ifγ(B→C)＜γ(B→A)then节点A自身为检测节点；节点A直接判定节点B是否为自私节点；Elseifγ(B→C)>γ(B→A))then转至步骤2.3；Endif步骤2.3，节点A在MAC层广播请求消息Mreq，其中包含γ(B→C)，只有节点A的临近节点接收到Mreq消息，当临近节点G接收到Mreq消息，进行以下计算：Ifγ(B→G)＞γ(B→C)then节点G被选择为检测代理；发送响应消息Mreq响应检测发起节点；Endif步骤2.4，设检测发起节点收到x个Mres消息，则进行以下计算：Ifx>0then检测发起节点得到合适的检测代理；Else节点A自身为检测节点；节点A根据多个检测代理的汇报信息，判断节点B是否为自私节点；Endif步骤2.5，每隔固定时间，节点G向节点A发送汇报消息Mres，汇报此段时间内的检测统计值，包括被检测节点B向节点C转发节点A的数据包个数，完成自私点检测。步骤3的具体步骤为：步骤3.1，由步骤2可知，确认节点B为自私节点，设信誉值的初始值为：f＝M，其中M代表节点初始化时的信誉初始值；当中间节点帮助转发消息以后，对节点的奖励体现在节点的信誉值上，此时节点的信誉值为：Faward＝P*e，其中e则代表节点帮助节点A进行数据包转发的次数；当中间节点没有帮助转发消息时，判断节点为自私行为，会对节点采取一定的惩罚措施，此时节点的信誉值为：Fpunish＝Q*d'，其中d'代表节点B被认定采用了自私行为的次数；其中P和Q为可调参数，满足0<P<Q；步骤3.2，由步骤3.1可得到节点的综合信誉值为：Fb(e,d')＝Faward-Fpunish+f(3)其中，b表示节点B。步骤4的具体步骤为，对信誉值设定初始值，通过不断地相互通信并且更新信誉值，对节点类别划分为四类：当综合信誉值高于H时，节点为信誉值良好节点；当综合信誉值在[0，H]时，节点为正常节点；当综合信誉值在[-H，0]时，限制节点在网络中的活动，节点为信誉值较低节点，此时节点只能作为中间节点为其他节点传递信息，节点本身不能作为源节点对外发送信息；当综合信誉值低于-H时，节点为自私节点，此时会将该节点隔离网络，对其惩罚，设定惩罚时间，并记录惩罚次数；其中H为阀值。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法通过SND模型对节点的自私行为进行检测，然后对检测到有自私行为的节点进行信誉评估，寻找下一跳节点时考虑到节点的信誉值，通过侦听邻居节点的行为，并基于信誉值来检测出问题节点，并且给出一种分类惩罚的激励机制，极大限度地保证了节点间的相互合作，保证了系统的吞吐量及分组投递率，提高了网络的性能，能够使网络通信更加畅通。附图说明图1是本专利技术路由协议算法中自私节点检测模型时节点传输图；图2是本专利技术路由协议算法中对节点分类惩罚的流程图；图3是本专利技术一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法的流程图；图4是本专利技术路由协议算法中的实施例1中的不同自私节点数量对应的网络性能比较图；图5是本专利技术路由协议算法中的实施例2中的车辆速度对投递率和平均时延的影响图；其中，图5(a)为车辆速度对投递率的影响图；图5(b)为车辆速度对平均时延的影响图；图6是本专利技术路由协议算法中的实施例3中的分组投递率和系统吞吐量的影响图；其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于分布式的无线传感网络，建立无线传播模型，具体为公式(1)：

【技术特征摘要】
1.一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于分布式的无线传感网络，建立无线传播模型，具体为公式(1)：公式(1)中，Pr(A→B)为节点B接收到节点A信号的强度，G为与节点无线收发器及工作频段相关的常数，Pt为节点A的发射功率，d为节点A与节点B之间的距离，λ是与传播环境相关的常数；只有当节点接收的信噪比γ大于某个值时，节点才能正确接收到消息，节点A接收节点B发送的消息时，其信噪比γ(B→A)可表示为公式(2)，公式(2)中，N0为环境噪声；步骤2，建立自私节点检测模型；统计网络中所有节点在接收数据过程中每个临近节点的信号强度，同时基于步骤1的无线传播模型，根据公式(1)-(2)计算处节点B接收节点A的信噪比γ(A→B)以及信噪比γ(B→C)、信噪比γ(B→G)、信噪比γ(B→A)；在非对称链路假设下γ(B→A)≠γ(A→B)，在γ(B→A)≥γ(B→C)的情况下，节点A通过侦听节点B转发数据的方法进行自私节点的检测；在γ(B→A)＜γ(B→C)情况下，节点A在临近节点中寻找满足条件γ(B→G)≥γ(B→C)的节点G作为监测节点，进行判断和检测自私节点；步骤3，基于步骤2的自私节点检测结果，设定F为信誉度，根据节点初始信誉度f、中间节点帮助转发消息后信誉度Faward、自私节点信誉度Fpunish，进行信誉度的评估，得到最终的综合信誉值；步骤4，基于步骤3的综合信誉值并对其进行评估，进行节点的分类惩罚，促使节点能够积极加入到无线传感网络中，与其他节点进行合作。2.根据权利要求1所述的一种基于车辆节点检测和惩罚机制的路由协议算法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1，接收节点C将自身得到的B→C构造网络层数据包MSINR向检测发起节点A发送；步骤2.2，当节点A接收到步骤2.1中的MSINR信息，得到γ(B→C)，进行以下计算：Ifγ(B→C)＜γ(B→A)then节点A自身为检测节点；节点A直接判定节点B是否为自私节点；Elseifγ(B→C)>γ(B→A)then转至步骤2.3；Endif步骤2.3，节点A在MAC层广播请求消息Mreq，其中包含γ(B→C...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊秀梅，赵彦林，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61